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Dokumentenidentifikation DE10255182A1 09.06.2004
Titel Radialkolbenmaschine
Anmelder ZF FRIEDRICHSHAFEN AG, 88046 Friedrichshafen, DE
Erfinder Herlitzek, Michael, Dipl.-Ing., 88097 Eriskirch, DE
DE-Anmeldedatum 27.11.2002
DE-Aktenzeichen 10255182
Offenlegungstag 09.06.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.06.2004
IPC-Hauptklasse F04B 9/04
IPC-Nebenklasse F04B 1/04   
Zusammenfassung Die Radialkolbenmaschine weist eine Welle (1) auf, die drehbar gelagert und über Passteile (2) mit einem sie umgebenden drehbaren Exzenterring (3) verbunden ist, der wiederum von einem feststehenden Druckring (6) unter Ausbildung eines Zwischenraums (5) umgeben ist, der ein Lager aufnimmt, wobei auf der Außenseite des Druckrings (6) Aufnahmeflächen (7) für die Kolben (8) vorgesehen sind, die in einer feststehenden Kolbenführung (9) angeordnet sind.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radialkolbenmaschine mit einer zentralen Welle, die von einem Exzenterring umgeben ist und mit einer Vielzahl von radial angeordneten Kolben, die in einer Kolbenführung verschiebbar angeordnet sind.

Radialkolbenmaschinen, die sowohl als Hydropumpe als auch als Hydromotor einsetzbar sind, sind vielfältig bekannt. Ein Beispiel einer Radialkolbenmaschine, die als Radialkolbenpumpe einsetzbar ist, ist in der DE-A 10103819 beschrieben. Diese Radialkolbenmaschine weist einen auf einer stationären Achse drehbaren Exzenter auf, der mehrere sternförmig angeordnete Kolben antreibt. Die radial verschiebbaren Kolben sind jeweils in einer Zylinderbohrung angeordnet und stützen sich mittelbar auf. dem Exzenter ab. Der Exzenter besteht dabei aus einem zum Zylindergehäuse koaxialen Innenring und aus einer dazu exzentrischen federnd nachgiebigen Außenschale, die zusammen mit dem Innenring einen Hohlraum begrenzt. Ferner ist der Exzenter an ein im Betrieb rotierendes Bauteil gekoppelt, wobei die exzentrische Außenschale als offener Ring ausgebildet sein kann, dessen Ringenden einen Spalt bilden. Diese bekannte Radialkolbenmaschine dient zum Einsatz in einem Automatikgetriebe für ein Kraftfahrzeug, wobei durch die besondere Ausgestaltung des Exzenterringes eine Geräuschminderung im Betrieb der Maschine angestrebt wird.

Die DE-A 19749909 beschreibt einen Radialkolben-Hydromotor mit einem Außenrotor, der durch zwangsgesteuerte, zyklisch alternierende gruppenweise Druckbeaufschlagung und Druckentlastung von Antriebskolben rotatorisch antreibbar ist, wobei die Antriebskolben in axialsymmetrischer Gruppierung um eine die Drehachse des Rotors markierende zentrale Längsachse des Motors in radialen Bohrungen eines einen Teil des Stators bildenden Käfigteils druckdicht verschiebbar sind. Die Kolben stützen sich mit ebenen Endstirnflächen an ebenen Facettenflächen eines an seiner Innenseite entsprechend der Anzahl der Kolben regelmäßig – polygonal – berandeten inneren Lageringes eines zur Drehmomentübertragung auf den Rotor vorgesehenen Wälzlagers ab, dessen äußerer Lagerring drehfest mit dem Rotor des Motors verbunden ist.

Die zur Drehachse des Motors parallele zentrale Achse des Wälzlagers verläuft in einem radialen Abstand von der Drehachse des Motors exzentrisch, der auf den Wert der rechtwinklig zur zentralen Achse des Lagers gemessenen Ausdehnung der ebenen Facettenflächen des Innenringes des Wälzlagers dahingehend abgestimmt ist, dass die Kolben um den Betrag der Exzentrizität in alternativen Richtungen relativ zum Innenring gleitend verschiebbar sind.

Ein weiteres Beispiel einer Radialkolbenmaschine als Bauteil eines Automatikgetriebes für Kraftfahrzeuge ist in der DE-A 19748750 beschrieben. Diese Radialkolbenmaschine weist in üblicher Weise ein Pumpengehäuse mit einer Anzahl sich radial erstreckender Zylinderbohrungen auf, in welchen federbelastete Kolben gleiten. Jede Zylinderbohrung ist durch einen Stopfen verschlossen, wobei jeder Stopfen mit einer mittigen Bohrung versehen ist und an seiner Stirnfläche parallele Rillen aufweist, die in Umfangsrichtung der Radialkolbenmaschine verlaufen und die innerhalb einer Dichtfläche der Stirnfläche enden.

Der Antriebsteil weist einen Ezxenter zum Antrieb der einzelnen Kolben auf, der z.B. mit dem Pumpenrad eines hydrodynamischen Wandlers verbunden sein kann.

Den bekannten Radialkolbenmaschinen, seien sie als Hydromotoren oder als Hydropumpen ausgebildet, haftet gemeinsam noch der Nachteil an, dass relativ hohe Lagerkräfte auftreten, sowie eine Vielzahl von Gleitbewegungen und damit ein relativ hoher Verlust. Dies führt zu einem schlechten Wirkungsgrad der herkömmlichen Radialkolbenmaschinen. Auch haften den bekannten Radialkolbenmaschinen konstruktionsbedingt enge Drehzahlbegrenzungen an. Ferner sind die zu bewegenden Massen relativ groß. So müssen zum Teil Speziallager eingesetzt werden, um die erheblichen auftretenden Kräfte aufzunehmen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Radialkolbenmaschine zu schaffen, bei der die bewegten Teile und die abzustützenden Kräfte minimiert sind, sodass die oben aufgeführten Nachteile vermieden werden.

Ausgehend von einer Radialkolbenmaschine der eingangs näher genannten Art, erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, dass die Welle der Radialkolbenmaschine drehbar gelagert und über Passteile mit dem sie umgebenden drehbaren Exzenterring verbunden ist, dass der Exzenterring von einem feststehenden Druckring unter Ausbildung eines Zwischenraumes umgeben ist, dass im Zwischenraum ein Drehlager angeordnet ist, dass auf der Außenseite des Druckringes Aufnahmeflächen für die Böden von Kolben vorgesehen sind und dass der Druckring von der feststehenden Kolbenführung umgeben ist.

Die erfindungsgemäße Radialkolbenmaschine kann aus sehr einfachen kostengünstigen Bauteilen hergestellt werden, unter Einsatz von Standardlagern, wobei gleichzeitig hohe Drehzahlen erreichbar sind. Im Vergleich zu den herkömmlichen Radialkolbenmaschinen kann die erfindungsgemäße Radialkolbenmaschine sehr klein gebaut werden und insbesondere in Form einer Pumpe/Motor-Kombination ausgeführt werden, die als hydrostatischer Drehmomentwandler für das Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeuges verwendbar ist. Die Radialkolbenmaschine ist sehr kurz und kann kostengünstig gefertigt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel dargestellt ist; darin zeigen:

1 einen Radialschnitt und

2 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Radialkolbenmaschine.

Mit 1 ist dabei eine zentrale Welle bezeichnet, über die, bei der Ausführung der Radialkolbenmaschine als Radialkolbenpumpe, der Antrieb und über die, bei der Ausbildung der Radialkolbenmaschine als Radialkolbenmotor, der Abtrieb erfolgt. Die Welle 1 ist mit Passteilen 2 versehen, die z.B. in die Welle 1 eingearbeitet sind und die zur Übertragung des Drehmomentes auf einen die Welle 1 umgebenden Exzenterring 3 dienen. Damit übernehmen sie die Funktion der Führung des Exzenterringes, wobei sie einen durch die Welle 1 und den Exzenterring 3 gebildeten Hohlraum 4 gleichzeitig gegen die Welle 1 radial abdichten.

In Axialrichtung erfolgt beidseitig des Exzenterringes 3 eine Abdichtung durch angrenzende nicht dargestellte Bauteile, die entweder auf der Welle 1 sitzende Scheiben oder Steuerscheiben sein können. Die Ausnehmung 4 des Exzenterringes 3, die entweder oval oder rechteckig sein kann, bildet mit Hilfe der Abdichtungen einen geschlossenen Raum. Wird dieser nun über eine Leitung 10 z.B. mit Drucköl beaufschlagt, so wird der Exzenterring 3 entsprechend dem eingebrachten Ölvolumen aus seiner zur Welle 1 koaxialen Lage exzentrisch verschoben. Wenn keine Änderung des Fördervolumens für das Öl erforderlich ist, kann der Exzenterring 3 auch einteilig mit der Welle 1 gefertigt werden; es ist auch möglich, dass die Passteile 2 entweder fest mit der Welle 1 oder mit dem Exzenterring 3 verbunden sind.

Zwischen dem Exzenterring 3 und einem diesen mit Spiel umgebenden Druckring 6 besteht ein Zwischenraum 5, in dem ein Drehlager vorzugsweise ein Nadellager eingesetzt ist.

Der Druckring 6 weist ferner auf seiner Außenseite Flächen 7 auf, die z.B. radiale Ansenkungen sind, die um den durch den Exzenterring 3 möglichen Hub größer sind als der Raum, mit dem die Kolben 8 auf dem Druckring 6 aufstehen. Die Kolben 8 werden dabei in einer Kolbenführung 9 geführt, die den Druckring 6 umgibt. Die Kolbenführung 9 kann ein feststehendes Gehäuseteil oder auch ein Gehäuseeinsatz sein und unterliegt dann keinerlei Bewegung.

Der Druckring 6 führt keine Rotationsbewegung aus, sondern wird durch die Kolben 8 festgehalten. Innerhalb des feststehenden Druckringes 6 rotiert der Exzenterring 3 zusammen mit der Welle 1 aufgrund der Verbindung durch die Passteile 2. Je nach Stellung des Exzenterrings 3 wird mittels des Drehlagers 5 der Druckring 6 verschoben und damit auch die entsprechenden Kolben 8, wodurch z.B. Öl auf der einen Seite durch die Kolben aus der Kolbenführung 9 herausgedrückt und auf der gegenüberliegenden Seite wieder aufgenommen wird.

Der Druckring 6 führt dabei lediglich eine Hubbewegung entsprechend der Exzenterringverstellung aus. Entsprechend der Hubbewegung finden dabei an bestimmten Kolbenanlagen am Druckring 6 Gleitbewegungen statt.

Der Ölstrom selbst kann durch Steuerscheiben oder auch Ventile gesteuert werden. Die Zu- und Abführung des Öles kann auf der einen oder der anderen oder auch auf beiden Seiten der Radialkolbenmaschine durch den Druckring 6 und/oder die Kolbenführung 9 vorgesehen sein. Auch eine Ölzufuhr an einer und eine Ölabfuhr an der anderen Seite ist möglich.

In einer weiteren Ausführung können die Kolben 8 im Druckring 6 untergebracht sein, wobei die Kolbenführung 9, die auch das Gehäuse sein kann, als Druckteil für die Kolben 8 dient.

Durch eine stufenlose Verstellung des Exzenterringes 3 wird der Volumenstrom der Radialkolbenmaschine stufenlos verstellt.

Die erfindungsgemäße Radialkolbenmaschine kann unter Verwendung von Standardlagern aus einfachen und kostengünstigen Bauteilen gefertigt werden und ermöglicht hohe Drehzahlen. Die bewegten Teile und abzustützenden Kräfte sind auf ein absolutes Minimum reduziert. Die Radialkolbenmaschine kann klein, kurz und kostengünstig gefertigt werden und eignet sich insbesondere für den Einsatz als hydrostatische Kupplung oder als hydrostatischer Drehmomentwandler im Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeuges.

1 Welle 2 Passteil 3 Exzenterring 4 Aussparung 5 Zwischenraum 6 Druckring 7 Aussparung 8 Kolben 9 Kolbenführung 10 Leitung

Anspruch[de]
  1. Radialkolbenmaschine mit einer zentralen Welle, die von einem Exzenterring umgeben ist und mit einer Vielzahl von radial angeordneten Kolben, die in einer Kolbenführung verschiebbar angeordnet sind, gekennzeichnet durch den folgenden Aufbau:

    a) die Welle (1) ist drehbar gelagert und drehmomentübertragend mit dem sie umgebenden Exzenterring (3) verbunden;

    b) der Exzenterring (3) ist von einem feststehenden Druckring (6) unter Ausbildung eines Zwischenraumes (5) umgeben;

    c) im Zwischenraum (5) ist ein Drehlager angeordnet;

    d) auf der Außenseite des Druckringes (6) sind Aufnahmeflächen (7) für die Kolben (8) vorgesehen;

    e) der Druckring (6) ist von der Kolbenführung (9) umgeben.
  2. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Passteile (2) fest mit der Welle (1) verbunden sind und in inneren Aussparungen (4) des Exzenterringes (3) mit Spiel eingreifen.
  3. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Passteile (2) fest mit dem Exzenterring (3) verbunden sind und an der Welle mit Spiel angreifen.
  4. Radialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Axialrichtung gesehen beidseitig des Exzenterringes (3) Abdichtungen angeordnet sind.
  5. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtungen auf der Welle (1) angeordnete Scheibendichtungen sind.
  6. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtungen auf der Welle (1) angeordnete Steuerscheiben sind.
  7. Radialkolbenmaschine nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Aussparung (4) des Exzenterringes (3) oval ist.
  8. Radialkolbenmaschine nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Aussparung (4) des Exzenterringes (3) rechteckig ist.
  9. Radialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das im Zwischenraum (5) zwischen Exzentrring (3) und Druckring (6) angeordnete Drehlager ein Nadellager ist.
  10. Radialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Außenseite des Druckringes (6) ausgebildeten Flächen (7) radiale Ansenkungen sind.
  11. Radialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Ansenkungen um den durch den Exzenterring (3) verursachten Hub größer sind als der Raum, mit dem die Kolben (8) auf dem Druckring aufstehen.
  12. Radialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenführung (9) ein feststehendes Gehäuseteil ist.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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